Physics 版 (精华区)

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                          十四

    1958年，一个叫Finkelstein的博士后访问了伦敦，他最近找到了爱
因斯坦方程的一个新的解，这个解可以覆盖史瓦西时空，并且在史瓦西半
径处没有奇异，如果考察一下Finkelstein时空的因果结构，会发现史瓦
西半径处物体只能向里落去，就像生物的单向膜。换言之，它在远离恒
星的地方描述了远处静止观察者，而在恒星附近则是随着恒星表面一起下
落的观察者，本来似乎挺复杂的事，只用了简单的几个字母就一目了然，
这是Finkelstein自己都始料未及的。在他之后，1960年，Kruskal又找到
了一个解，不仅覆盖了Finkelstein时空，还多出来一个对称的部分，只
是时间方向反了过来，这个部分，就是白洞。


    其实这件事在微分几何里应该早就是熟知的，一个流形上坐标选得不
好，就有可能有奇异，换用新的坐标，或者用不同的坐标卡去覆盖就可以
好，就有可能有奇异，换用新的坐标，或者用不同的坐标卡去覆盖就可以
解决，可惜数学家们从未想到过怎么去解决史瓦西坐标的不足，他们所作
的，就是在Kruskal解出现后证明这是一个最大的时空，不能再扩展了。
偶老板说如今玩弦的数学家很多，不过都没什么原创的工作，大多是把
Witten说的东西严格化，要么捡捡物理学家的漏。这也许是两拨人的价值
观不同吧。

    西埃玛的直觉也很好，他立刻就看出Finkelstein解的重要性，因此
派出一个得意门生到伦敦听报告，这个人就是罗杰.彭罗斯。

    彭罗斯的数学很强，而西埃玛则是欧洲的黑洞导师，这两者的结合产
生了一些关于时空的非常漂亮的定理。我们曾经提到过史瓦西解在原点处
有奇异，彭罗斯证明了在一些很弱的物理条件下，这个奇点不可避免，特
别是黑洞内部一定有奇点，这是赝黎曼几何中一个很强的定理，更重要的
是奇点的物理意义让物理学家们神往不已，大爆炸创世就是最直接的推测
。彭罗斯提出了提取旋转黑洞（后面将要讲到）能量的过程，后面我会讲
讲这个异想天开背后的深刻。在60年代，很少有物理学家懂得拓扑，而彭
罗斯用他的数学功底发展出一套时空大尺度分析的拓扑学方法，这让广义
相对论专家们纷纷开始注意数学家朋友的工作，之后几年，微分拓扑，代
数几何还有广义相对论就开始频频同时出现在数学，物理杂志上了。可惜

这些东西讲起来估计会让人睡着，而且百分之九十的东西我都不懂。

    彭罗斯的数学很强，而西埃玛则是欧洲的黑洞导师，这两者的结合产
这些东西讲起来估计会让人睡着，而且百分之九十的东西我都不懂。

    彭罗斯出师后，西埃玛在1963年收了一个学生，他在日后成为数
学物理的百年大师。

    西埃玛常常带着学生去不列颠岛各处听报告，特别是有彭罗斯演讲的
时候更是场场不拉，他的那位新学生对彭罗斯的一系列工作都非常感兴趣
，并且凭借自己的数学天才很快和彭罗斯成为合作伙伴。这个人就是我们
都熟知的霍金。